基于高稳定性的PGC解调算法研究

为了解决传统相位生成载波(PGC)解调算法在光强扰动和调制深度漂移引起的解调失真现象, 采用基波混频和差分自乘的改进PGC解调算法, 进行了相关的理论分析和仿真验证。结果表明, 该算法能很好地抑制光强扰动引起的失真, 在引入1.5rad~3.5rad的光强扰动时可以达到近30dB的信纳比, 比传统的离散余弦变换算法高出近15dB; 同时能消除对调制深度C的依赖性, 可以实现低于0.1%的总谐波失真和30dB的信纳比, 比传统算法高出近10dB, 线性度高达99.99%。该研究为光纤干涉型传感的解调提供了一种新的方案。     

用于探测极低频信号的光纤传感器相位生成载波解调方法

提出并实现了一种用于微弱极低频信号探测的干涉式光纤传感器相位生成载波(PGC)解调方法。对PGC解调方法中微分交叉相乘(DCM)及反正切(Arctangent)两种相位抽取算法应用于极低频信号解调进行了理论分析和算法仿真,其结果表明,DCM式PGC算法解调极低频信号时,其结果中存在直流漂移,而Arctangent式PGC算法的解调结果中不存在直流漂移问题。进而基于光纤干涉仪搭建了极低频光纤传感系统,并进行了两种PGC解调算法的对比实验,实验结果表明,Arctangent式PGC算法不存在DCM式PGC算法解调极低频信号时的直流漂移,且能够准确解调极低频信号,与理论分析的结论相符。最后采用Arctangent式PGC算法实现了极低频干涉式光纤传感系统,该系统达到的最低可探测信号频率为0.01 Hz,最小可探测信号为4×10-4rad/Hz,动态范围为110 dB@1 Hz,线性相关系数为99.99%。     

利用正弦相位调制干涉仪探测声辐射激励的固体表面微振动

为了提取固体表面的微振动信息,本文提出了一种基于正弦相位调制干涉仪和实时归一化PGC-DCM算法的探测方法。采用归一化PGC-DCM算法实现载波相位调制深度和载波相位延迟的计算,然后对正交干涉信号分量进行预归一化,再经过运算消去干涉信号条纹的对比度系数,实现正交干涉信号分量的完全归一化,最后利用微分交叉相乘原理实现干涉信号相位的解调。利用数值仿真证明了解调算法的有效性,并在光学暗室环境中搭建了一套正弦相位调制干涉系统,对多种不同频谱特征的固体表面微振动进行探测实验和信息解调;实验结果表明,所提方法能够准确探测固体表面的微振动信息,在3 kHz的被测微振动频率范围内,干涉信号相位解调的平均信噪失真比为33.0956 dB,动态范围优于22.75 dB。     

抑制光纤检波器系统光强波动影响的解调方法

基于海上油藏勘探领域的光纤检波器光电复合空分阵列系统,通过两路PGC 干涉检波信号相除以构造非线性函数,提出了一种采用查找表实现该非线性函数解调的新方法。相比传统的两路PGC 干涉检波信号线性组合的反正切解调方法,构造非线性函数解调新方案不仅可以补偿生成载波时直接调制DFB 光源带来的高频光强波动干扰,也可以抑制其他因素造成的光强随机波动给采用定常系统参数解调带来的影响。实验结果表明:内调制DFB 激光器,采用非线性函数解调方案比线性组合方案在谐波抑制方面优势明显,两者HSR 平均值相差达26.37 dB;当系统光强降低50%,非线性函数解调方案的结果HSR 平均值优于线性组合方案得到的结果,两者相差达17.53 dB。     

干涉型光纤传感器PGC解调算法的研究

相位生成载波解调（PGC）技术是一种广泛应用于干涉型光纤传感器的零差解调法。简要概述了PGC的定义以及调制原理,分析了几种解调算法,研究发现干涉信号幅度、调制深度会对解调结果产生影响。通过消除干涉信号幅度和调制深度的影响,可以减小解调信号的失真;并且,采用低阶次的混频载波可以减小采样频率。文中的结论对于干涉型光纤传感器的解调技术具有重要的理论参考价值。     

干涉可见度波动对PGC解调传感器结果的影响分析

干涉型光纤传感器在军用探测、航空航天等许多领域都有广泛的应用前景。直接调制光源频率(Frequency Modulation,FM)的相位生成载波(Phase Generated Carrier demodulation,PGC)PGC解调方法干涉型光纤系统的重要解调方式解调方法是干涉型光纤传感系统的重要解调方法。本文从解调结果的线性度和谐波抑制比(Harmonic Suppression Ratio,HSR)两方面分析了干涉可见度波动率对的的影响。分析结果表明随着干涉可见度波动的增大,解调结果线性度变差,解调结果HSR(Harmonic Suppression Ratio)降低。当解调信号幅度为1rad,光源伴生调幅为0.1,光频调制深度为2.63时,如果系统容忍线性度误差不超过1%,则可见度波动应控制在±8%;如果保证系统解调结果HSR不低于50dB,则可见度波动应控制在±9%。     

基于3×3耦合器的光纤水听器时分复用系统的光强补偿方法

提出一种在光纤水听器时分复用系统中以3×3耦合器作为匹配干涉仪的光强补偿方案,光纤水听器仍为2×2耦合器结构。该方案以时分复用中的非干涉脉冲作参考光强,通过对3×3耦合器两路输出进行简单数学运算并结合数字反正切技术实现信号解调,光强波动和耦合器分光比变化导致的信号畸变得到有效抑制。算法不需要载波调制,可实现光纤水听器近似等臂干涉,有利于降低系统相位噪声。算法的运算量小且适用于一般的非对称3×3耦合器,解调动态范围大。利用该方案实现了8路光纤水听器时分复用实验系统,在光功率变化约10%时,光强补偿方法可将总谐波失真平均值降低30dB,系统噪声本底在信号频率为1kHz时小于30μrad/Hz1/2。     

基于固定相位延迟的相位生成载波检测方法

为了克服光源频率调制深度、信号相位延迟、伴生调幅等参数对基于正交项解调的相位生成载波(OT-PGC)解调方法的影响,提出一种基于固定相位延迟的PGC检测方法(FPD-PGC),采用3×2耦合器产生固定相位延迟,分别利用两路信号的倍频信号进行解调。详细阐述了该方法的检测原理,分析了关键参数的影响。当伴生调幅系数为0.4时,仿真对比了FPD-PGC方法与OT-PGC方法的解调性能,结果表明新方法谐波比提高30dB以上,系统信噪比(SNR)也有显著改善。对实际信号进行解调,得到了类似结果。分析及实验表明该方法完全消除了信号相位延迟的影响,较好地抑制了调频深度和伴生调幅的影响。     

一种消除伴生调幅的光源调频型相位生成载波解调方法

为了克服伴生调幅对光源调频型相位生成载波(PGC)解调方法的影响,提出一种基于双路干涉信号和微分-交叉相乘(DCM,differential-cross multiply)的PGC解调方法.通过3×2耦合器引入双路干涉信号,直接调制光源频率获得相位载波.实验结果表明,新方法较好地消除了光源伴生调幅的影响.对于4 rad...     

光纤管道泄漏检测系统PGC解调电路设计及实验测试

通过对一种基于马赫-曾德尔和萨格纳克混合干涉仪原理的分布式光纤泄漏检测系统调制解调技术进行了研究,对PGC解调技术进行了数学理论研究与分析。在这种理论依据和思想指导下进行了PGC解调检测电路的硬件设计,并对PGC解调电路进行了改进研究,最后对每一部分电路进行了测试,给出了实验结果。实验中待测信号为0-50kHz,载波频率为300kHz,截止频率为50kHz, 移相后与待测信号的相关系数达到0.95,谐波失真小于3%。本设计具有良好的稳定性和抗干扰性。     

光纤干涉传感器相位生成载波解调算法研究

为了解决传统的相位生成载波解调算法中由调制深度漂移引起的解调结果失真现象,采用微分交叉相除的信号解调方法进行了相关的理论分析及仿真验证,得到了一种不受调制深度限制的高性能相位生成载波解调方案.结果表明,在采用不同幅值和频率的待测信号进行仿真时,改进算法的解调性能始终十分优异;且当调制深度的值为典型值2.63rad和2....     

参数估计误差对光纤水听器PGC反正切解调性能的影响

针对相位生成载波(PGC)方法用于实际光纤水听器解调系统时利用反正切算法解调时导致的失真,本文用同频相对幅度误差(RAE)以及谐波抑制比(HSR)分别表征解调系统线性和非线性失真。通过引入带有参数估计误差的反正切补偿模型,建立了上述失真与系统关键参数及其误差的定量的数学关系。仿真和实验验证了本文方法的正确性。     

水面声光耦合光纤水听器的抗波浪解调方法

为了减弱基于水面声光耦合的光纤水听器水面波动对解调信号造成的幅度衰落,采用了利用检测信号臂光强度信息补偿解调信号幅度的方法。从理论上推导了该方法修正解调信号的过程,并对该过程进行了数值仿真,同时实际搭建光纤水听器探测系统,利用/2相位解调法对水面恒定振动信号进行了实验验证。结果表明,相比原始解调信号,修正后的信号幅度基本稳定,幅度值整体提高5dB,解调信号失真度减小,相位噪声得到抑制,信噪比得到提高,可辨认信号时间长度扩展为原来的3.5倍。该方案能有效克服由水面波动引起的解调信号衰落现象,信号质量得到优化,系统抗波浪解调能力得到提高。     

Interferometric demodulation of optical FM signals and its relation to modal distortion in optical multimode fibers

A general theoretical analysis of two-beam interference between modulated light signals is presented. It is demonstrated that a Michelson interferometer (MI) with short path difference can be used for demodulation of optical frequency modulation (FM) signals. The demodulated signal is usually a wide-band FM signal charaeterized by an effective FM index βeffin the order of 10-100, and the "conversion efficiency" of the demodulation is given by the ratio between the actual βeff-value and its low-frequency limit. For incoherent applications interference must generally be avoided as the demodulated wide-band signal generates harmonic distortion of high order. The close connection between interferometric demodulation and modal distortion in multimode fibres is demonstrated. An improved theory of modal distortion is presented and numerical examples of modal distortion are calculated. In practical cases the amount of distortion can be estimated on the basis of the fiber dispersion, the frequency deviation of the laser and the amount of spatial filtering.     

All-digital demodulation system of interferometric fiber optic sensors using an improved PGC algorithm based on fundamental frequency mixing

In this paper,the optimum supercontinuum(SC)spectrum generation in a dispersion decreasing fiber is presented.Three normalized parameters for the pump pulse and SC fiber are introduced.It is found that the shape of an SC spectrum is uniquely specified by the input soliton order,the normalized dispersion slope and the normalized effective fiber length.For a pumping condition with a given input soliton order and a given normalized dispersion slope,by optimizing the normalized effective fiber length,the residual spectral peak in the SC spectrum can be suppressed effectively,and a broad SC spectrum with optimum spectral flatness can be obtained.     

激光语音检测系统反正切补偿算法

通过理论分析激光语音检测系统,提出一种引入参数估计误差的反正切解调补偿算法,并建立了系统总谐波失真与关键参数及其误差的定量数学关系式。文中用总谐波失真（THD）和无杂散动态范围（SFDR）分别表征系统微振动信号解调效果和可以与大干扰信号（阻塞信号）相区别的最小信号值。实现了非接触、远距离、高灵敏度的微振动信号检测。通过实验和仿真均验证了反正切补偿算法的可行性。实验结果表明:该系统可以检测音频范围内的微弱振动,在现有光学硬件平台基础上,利用文中提出的反正切补偿算法,能在35 m范围内较好地还原语音信号。